Dewo艅skie stromatolity.

Te dewo艅skie stromatolity z okolic Kielc powsta艂y kilkana艣cie mln lat przed wielkim wymieraniem dewo艅skim. Stromatolity to laminowane wapienie wytr膮cone wskutek dzia艂alno艣ci sinic buduj膮cych maty glonowe w p艂ytkich lagunach. Zdj臋cie: Robert Nied藕wiedzki.

Najwi臋ksz膮 zagadk膮 wymiera艅 wydaj膮 si臋 by膰 ich przyczyny. Tymczasem to, czy jakie艣 zdarzenie mo偶na w og贸le nazwa膰 wielkim wymieraniem, stanowi niekiedy r贸wnie wielk膮 tajemnic臋.

W dziejach Ziemi wielokrotnie dochodzi艂o do prawie jednoczesnego wymierania wielu grup organizm贸w. W艣r贸d tych wszystkich zdarze艅 na czo艂o wysuwa si臋 pi臋膰 najbardziej katastrofalnych epizod贸w. Oto najwi臋ksze wymierania w historii fanerozoiku (eonu, kt贸ry rozpocz膮艂 si臋 ponad 500 mln lat temu):

  • pierwsze z nich mia艂o miejsce w schy艂ku ordowiku (oko艂o 445 mln lat temu),
  • do drugiego wielkiego wymierania dosz艂o w p贸藕nym dewonie, na prze艂omie franu i famenu (375 mln lat temu),
  • trzecie 鈥 i najwi臋ksze 鈥 wymieranie mia艂o miejsce na prze艂omie permu i triasu, oko艂o 250 mln lat temu; wygin臋艂o w贸wczas niemal 90% gatunk贸w morskich bezkr臋gowc贸w,
  • do kolejnego wielkiego wymierania dosz艂o z ko艅cem triasu (200 mln lat temu),
  • ostatnia, najbardziej znana katastrofa mia艂a miejsce na prze艂omie kredy oraz paleogenu (65 mln lat temu); to wtedy wygin臋艂y dinozaury.

Z tej „wielkiej pi膮tki” najbardziej tajemnicze wydaje si臋 drugie w kolejno艣ci zdarzenie 鈥 czyli wymieranie u schy艂ku dewonu, w pobli偶u granicy pomi臋dzy pi臋trami franu i famenu. Nie ma w膮tpliwo艣ci, 偶e wygin臋艂o w贸wczas wiele gatunk贸w organizm贸w morskich.

Bez 艣ladu znikn臋艂y mi臋dzy innymi przypominaj膮ce rafy budowle tworzone przez koralowce i g膮bki. Wymieranie dotkn臋艂o r贸wnie偶 powszechne w dewonie ramienionogi 鈥 morskie organizmy podobne zewn臋trznym wygl膮dem muszli do ma艂偶y. Katastrofa spotka艂a te偶 trylobity, kt贸re nigdy ju偶, a偶 do ostatecznego wygini臋cia w ko艅cem permu (kolejne zdarzenie z „wielkiej pi膮tki”) nie odzyska艂y dawnej 艣wietno艣ci.

Wielkie wymierania.

Wielkie wymierania. Strza艂k膮 oznaczono zdarzenie z ko艅ca dewonu. Na osi poziomej czas w milionach lat. Na osi pionowej - procentowy udzia艂 rodzaj贸w zwierz膮t morskich, kt贸re wygin臋艂y w danym momencie czasu geologicznego. 殴r贸d艂o: Wikipedia.

Nie spos贸b kwestionowa膰 zatem faktu, 偶e w ko艅cu dewonu z powierzchni Ziemi (a raczej z den ocean贸w) znikn臋艂y tysi膮ce gatunk贸w zwierz膮t. Tylko czy to wystarcza, by to zdarzenie nazwa膰 wielkim wymieraniem?

Wielkie wymieranie czy tylko spadek bior贸偶norodno艣ci?

Katastrofalne wymieranie musi, jak wskazuje jego nazwa, charakteryzowa膰 si臋 gwa艂townym wzrostem liczby gin膮cych gatunk贸w 鈥 w por贸wnaniu z wcze艣niejszym, jak i p贸藕niejszym interwa艂em w geologicznej skali czasu. Ma to zwi膮zek z liczb膮 偶yj膮cych w贸wczas gatunk贸w. Nawet hipotetyczne wygini臋cie kilku takson贸w mia艂oby rang臋 wymierania, gdyby istnia艂o ich niewiele wi臋cej.

Liczba 偶yj膮cych gatunk贸w mo偶e stanowi膰 klucz do zrozumienia tajemnicy niekt贸rych wymiera艅. Wyobra藕my sobie sytuacj臋, w kt贸rej:

  • liczba wymieraj膮cych gatunk贸w w jednostce czasu pozostaje na zbli偶onym poziomie; wszelkie r贸偶nice nie s膮 istotne statystycznie,
  • drastycznie zmniejsza si臋 liczba nowych, dopiero powstaj膮cych gatunk贸w.

Efekty b臋d膮 podobne do skutk贸w wymierania: bior贸偶norodno艣膰 organizm贸w zostanie zredukowana. Ale mniejsza liczba gatunk贸w nie oznacza w tym przypadku wymierania. Tempo gini臋cia kolejnych takson贸w nie uleg艂o przecie偶 znacz膮cym zmianom.

Je偶eli na tropie wielkich wymiera艅 poprzestaniemy na analizowaniu liczby liczby 偶yj膮cych gatunk贸w, to mo偶emy wpa艣膰 w pu艂apk臋. Krzywa bior贸偶norodno艣ci odnotuje bowiem wyra藕ne spadki. Tyle tylko, 偶e nie b臋d膮 one oznacza艂y wy偶szego tempa gini臋cia gatunk贸w.

Dewo艅skie wymieranie 鈥 kontrowersje

Wydaje si臋, 偶e podobne zjawisko mo偶na zaobserwowa膰 w przypadku wymierania dewo艅skiego. Badania przeprowadzone na 50 gatunkach ramienionog贸w i ma艂偶y z dewo艅skich stanowisk z terenu dzisiejszego USA wykaza艂y, 偶e tempo wymierania nie uleg艂o przyspieszeniu we franie, a zatem w momencie katastrofy zaliczanej do „wielkiej pi膮tki” (Stigall, 2012).

Oczywi艣cie, liczba gatunk贸w uleg艂a w贸wczas ograniczeniu. Ale w analizowanym przypadku wynika艂o to g艂贸wnie z obni偶enia tempa specjacji. Mianem specjacji okre艣lane jest zjawisko powstawania gatunk贸w. Gdy nie pojawiaj膮 si臋 nowe gatunki, to ich og贸lna liczba maleje. Mimo 偶e nie dosz艂o do wymierania na du偶膮 skal臋.

Cytowane badania zosta艂y przeprowadzone w bardzo niewielkiej skali. Wnioski nie powinny by膰 wi臋c generalizowane i odnoszone do ca艂ego wymierania dewo艅skiego. Ale niewykluczone, 偶e w przysz艂o艣ci uda si臋 powt贸rzy膰 te badania na innych grupach organizm贸w, uzyskuj膮c takie same wnioski.

Ramienionogi - specjacja i wymieranie.

Specjacja i wymieranie ramienionog贸w. Na osi X czas w milionach lat. W okolicy 380 mln lat (wymieranie dewo艅skie) widoczne s膮 maksymalne warto艣ci tempa wymierania gatunk贸w. Dane pochodz膮 z The Paleobiology Database.

Krzywe powstawania i gini臋cia gatunk贸w mog膮 to potwierdza膰. Na za艂膮czonym wykresie przeanalizowane zosta艂o tempo specjacji oraz wymierania wszystkich grup ramienionog贸w. W p贸藕nym dewonie gatunki tych zwierz膮t zanika艂y w szybkim tempie, ale jednocze艣nie drastycznie ograniczona zosta艂a tak偶e liczba nowych takson贸w. W efekcie bior贸偶norodno艣膰 uleg艂a redukcji, co jednak tylko cz臋艣ciowo by艂o efektem wymierania 偶yj膮cych w贸wczas gatunk贸w.

Dlaczego ewolucja przesta艂a dzia艂a膰?

Co doprowadzi艂o do takiego spowolnienia ewolucji ramienionog贸w oraz innych morskich organizm贸w? Przyczyn mog艂o by膰 kilka.

Pewn膮 wskaz贸wk臋 stanowi fakt, 偶e dewo艅skie wymieranie dotkn臋艂o organizmy 偶yj膮ce na dnach stosunkowo p艂ytkich zbiornik贸w morskich. Rozwijaj膮 si臋 one najlepiej w贸wczas, gdy:

  • du偶e przestrzenie szelf贸w kontynentalnych znajduj膮 si臋 pod wod膮 (to zdarza si臋 w贸wczas, gdy na biegunach nie ma pokrywy lodowej),
  • na ziemskich oceanach znajduje si臋 wiele kontynent贸w i wysp; zwi臋ksza to powierzchni臋 p艂ytkich m贸rz znajduj膮cych si臋 wok贸艂 l膮d贸w,
  • p艂ytkie zbiorniki s膮 porozdzielane barierami niemo偶liwymi do przekroczenia; w przypadku ramienionog贸w, trylobit贸w i koralowc贸w s膮 to l膮dy oraz (w mniejszym stopniu) rozleg艂e, g艂臋bokie oceany.

Wymienione czynniki zwi臋kszaj膮 bior贸偶norodno艣膰 organizm贸w 偶yj膮cych na dnach morskich (takie zwierz臋ta okre艣lamy mianem bentosu) i stymuluj膮 specjacj臋.

Wydaje si臋, 偶e wszystkie wymienione warunki zosta艂y z艂amane w p贸藕nym dewonie. Do katastrofy tej dosz艂o w nast臋puj膮cy spos贸b:

  • p贸藕ny dewon to pocz膮tek zlodowacenia na Gondwanie 鈥 wielkim kontynencie znajduj膮cym si臋 w贸wczas w pobli偶u po艂udniowego bieguna; pojawiaj膮ca si臋 i topi膮ca naprzemiennie pokrywa lodowa powodowa艂a szybkie wahni臋cia poziomu w贸d, niekorzystne dla organizm贸w 偶yj膮cych w p艂ytkich wodach,
  • w 艣rodkowym i p贸藕nym dewonie uleg艂o przyspieszeniu tempo powstawania wielkiego superkontynentu Pangea, 艂膮cz膮cego w sobie niemal wszystkie l膮dy; zmniejszy艂o to powierzchni臋 p艂ytkich m贸rz,
  • powstawanie Pangei doprowadzi艂o te偶 do po艂膮czenia p艂ytkich zbiornik贸w i likwidacji wielu barier; wahni臋cia poziomu morza dodatkowo tworzy艂y przej艣cia pomi臋dzy izolowanymi wcze艣niej obszarami.

Warto zwr贸ci膰 uwag臋 zw艂aszcza na ostatni z wymienionych czynnik贸w. Po艂膮czenie izolowanych basen贸w morskich utrudnia powstawanie gatunk贸w w drodze specjacji allopatrycznej. Zjawisko to polega na tworzeniu si臋 nowych gatunk贸w w wyniku pojawienia si臋 barier geograficznych. Tymczasem w p贸藕nym dewonie nowe bariery si臋 nie pojawi艂y; co wi臋cej 鈥 stare uleg艂y likwidacji!

Efekt by艂 mo偶liwy do przewidzenia. Gatunki wymiera艂y tak jak dawniej. Nowe pojawia艂y si臋 natomiast o wiele rzadziej.

Ramienionogi Paraspirifer (dewon).

Tak wygl膮da艂y dewo艅skie ramienionogi. Te morskie zwierz臋ta bole艣nie odczu艂y skutki wielkiego wymierania z prze艂omu franu i famenu. Na zdj臋ciu widoczni s膮 przedstawiciele rodzaju Paraspirifer.

Zjawisko spadku bior贸偶norodno艣ci w wyniku likwidacji barier geograficznych jest rzecz膮 zrozumia艂膮. Swoj膮 szans臋 dostaj膮 w贸wczas gatunki najbardziej ekspansywne, kt贸re opanowuj膮 odpowiadaj膮ce im 艣rodowiska na obszarze ca艂ej kuli ziemskiej. Wypieraj膮 one w ten spos贸b organizmy okupuj膮ce lokalne nisze ekologiczne (czyli b臋d膮ce tak zwanymi endemitami). Gatunki utrzymuj膮ce si臋 wcze艣niej dzi臋ki istnieniu barier geograficznych odchodz膮 powoli w niepami臋膰, co powoduje obni偶enie bior贸偶norodno艣ci. Czyli zjawisko kojarz膮ce si臋 z wymieraniem.

Opisany mechanizm m贸g艂 odegra膰 pewn膮 rol臋 (cho膰 na razie nie wiadomo dok艂adnie jak istotn膮) podczas ka偶dego z wymiera艅. Raczej niemo偶liwe, by by艂 to jedyny pow贸d kt贸rejkolwiek z katastrof z przesz艂o艣ci geologicznej. Ale o jego istnieniu nie mo偶na zapomina膰 podczas poszukiwania przyczyn jakiegokolwiek wymierania.

Warto przeczyta膰 (po angielsku):

Steve Drury, 2012. Late Devonian: mass extinction or mass invasion? Earth Pages.

Cytowany artyku艂:

Stigall, A. L., 2012. Speciation collapse and invasive species dynamics during the Late Devonian „Mass Extinction”. GSA Today 22, 1, 4-9. [PDF]